«Der Acker ist kein Gewächshaus»

UZH News: Herr Schmid, Sie haben kürzlich eine Studie veröffentlicht, die belegt, dass sich gentechnisch veränderter Weizen im Freiland ganz anders entwickelt als im Gewächshaus. Wie gingen Sie vor?

Bernhard Schmid: Mein Kollege Beat Keller vom Institut für Pflanzenbiologie hat vier Weizenlinien entwickelt, denen jeweils ein Gen aus einer alten asiatischen Weizensorte ins Erbgut eingebaut worden war. Das Gen macht den Weizen gegen bestimmte Stämme des Mehltaus resistent. Im Gewächshaus waren diese Linien – im Vergleich zu konventionellem Weizen – nicht nur gut gegen Mehltau geschützt, sie wuchsen auch besser und wiesen einen erhöhten Ertrag auf. 

Wir vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften haben die Pflanzen im im freien Feld beobachtet: Zwei der Linien zeigten dort ein komplett anderes Ergebnis. Sie waren zwar immer noch vor Mehltau geschützt, wuchsen jedoch nicht recht und erbrachten geringere Erträge. Zudem wurden sie stark vom Mutterkornpilz befallen.

Wie erklären Sie sich das?

Alle vier Weizenlinien trugen dasselbe Gen gegen Mehltaubefall. Jetzt muss man wissen, dass wir die Stelle im Genom – auch Erbgut genannt –, wo wir das Gen einbauen, nicht exakt festlegen können. Wir beschiessen das Pflanzengewebe mit einer so genannten «gene gun». Dabei ist das winzigkleine Gen auf Goldkügelchen angebracht, die als Transportgeschosse dienen. Das bedeutet, dass alle Weizenlinien zwar dasselbe Gen mit der Mehltauresistenz tragen, dieses aber an verschiedenen Stellen des Erbguts platziert ist.

Wir vermuten nun, dass gerade die Einbaustelle des Gens im Genom entscheidend dazu beiträgt, wie die Pflanze im freien Feld reagiert. Das ist eine der wichtigen Erkenntnisse unserer Untersuchung.

Bei zwei von vier Linien fehlt die Fitness im Feld. Weshalb?

Zwei Linien haben sich im Feld vollkommen anders als im Glashaus verhalten. Sie zeigten Stress-Symptome. Wir nehmen an, dass Stressfaktoren wie Hitze oder die Konkurrenz mit anderen Pflanzen zu diesem Phänomen führten. Im Gewächshaus kann man diese Stressfaktoren zwar nachbilden, aber sie laufen letztlich viel kontrollierter ab als in der Natur. Experimente im Gewächshaus können Freisetzungsversuche nicht ersetzen. Das Gewächshaus ist nun mal kein Acker.

Zudem wandten die Pflanzen zu viel Energie auf, um den Mehltau abzuwehren, was sie für andere Krankheiten anfälliger machte. Durch das eingepflanzte Gen gegen Mehltaubefall ist die Pflanze ständig in Abwehrbereitschaft gegen den Pilz.

Das gleiche Gen, das wir einpflanzten, gibt es auch bei Wildweizen, aber dort ist es nicht so stark exprimiert. Das muss man sich so vorstellen: Durch das eingepflanzte Gen produziert die Pflanze ständig Abwehrstoffe gegen den Mehltau. Diese «Hab-Acht-Haltung» ist aber unnötig, wenn wenig Mehltausporen auf dem Feld sind. Durch die ständige Abwehr verliert die Pflanze sinnlos wertvolle Energie.

Warum waren die genmanipulierten Pflanzen so empfindlich gegen den Mutterkornpilz?

Weil die Pflanzen unter Stress standen, wiesen sie eine geringere Fruchtbarkeit auf. Um eine Bestäubung dennoch zu ermöglichen, blieben die Ähren länger geöffnet als unter normalen Umständen. So konnte der Mutterkornpilz die Ähren bestäuben.

Was schliessen Sie aus dem unterschiedlichen Verhalten der Pflanzen?

Dass das Zusammenspiel von Gen und Umwelt eine grosse Rolle spielt. Die so genannte Gen-Regulation ist viel wichtiger, als wir vorher dachten. Unter Gen-Regulation versteht man die Steuerung der Aktivität von Genen. Damit gemeint ist der gesamte Prozess des Umsetzens der im Gen enthaltenen Information in die Abwehrreaktion der Pflanze gegen Mehltau. Dieser Prozess erfolgt in mehreren Schritten. An jedem dieser Schritte können regulatorische Faktoren einwirken und den Prozess steuern. Die Regel, «ein Gen gleich ein Merkmal» stimmt so nicht. Die Reaktionen der Pflanze resultieren aus der Kombination von Umwelteinflüssen und Gen-Regulation.

Kann man Ihre Erkenntnisse auch auf andere Pflanzen übertragen?

Unsere Versuche sind Demonstrationsversuche. Wir arbeiten zwar mit Weizen, aber die Relevanz der Gen-Regulation gilt sicherlich auch für die Zuckerrübe, den Mais oder den Raps.

In Zukunft werden wir versuchen, die Regulation der Gene noch besser zu verstehen. Wir möchten nachvollziehen, wann ein Gen aktiv wird, um sich zum Beispiel gegen den Mehltaubefall zu wehren.

Kann man die Prozesse der Gen-Regulation auch anhand von konventionell gezüchteten Pflanzen erforschen?

Auch bei herkömmlich gezüchteten Pflanzen versucht man bestimmte Gene herauszuzüchten. Doch die Gen-Regulation kann mit konventioneller Züchtung niemals so schnell und so stark verändert werden wie mit gentechnischen Verfahren. Die Möglichkeit der Beeinflussung der Gen-Regulation durch gentechnische Verfahren eröffnet auch eine grosse Chance für Forschung und Entwicklung. Denn wir untersuchen nicht nur das Gen in der Pflanze, sondern schauen ihm bei der Arbeit zu.